这只可爱的“小兔子”居然能发电？这是正确的！它在风中拍动“翅膀”的同时，不断输出电力。
扑翼式风力发电机 | YouTube/泰尔风
提到“风力发电机”，您是否立即想到“三叶白色风车”？
主流三叶片风力发电机|吉菲
除了这种经典的造型外，真正的风力发电机还有各种神奇的造型。
为什么是三刀？
作为风力发电机的“鼻祖”，风车在荷兰的排水方面发挥了巨大作用，并闻名于世。四叶荷兰风车的形象也深入人心。
风车|皮克斯
多叶片提水风车在美国西部也很流行。多个叶片可以使整个风轮产生更大的功率，提供更充足的动力。
多叶片风车 |皮克斯
四叶片甚至多叶片的风车已初具规模。为什么风力发电机变成了三叶片风力发电机？
叶片数量不会直接影响能量利用率。相反，过多的叶片会干扰气流，降低风能的利用率。风能利用设备最多只能捕获和利用风中动能的59.3%。这样，即使只有一个叶片，风力涡轮机也可以产生相同数量的电力。
单叶片风力发电机| Youtube/奥丹
然而，单叶片风力涡轮机尚未成为主流。单个叶片会导致风轮极度不平衡，严重威胁整个风力机的安全。想象一下，当一大团衣服纠缠在一起并进行脱水时会是什么样子……整个洗衣机会剧烈振动，甚至停止工作。
疯狂旋转的洗衣机|吉菲
两个对称的刀片可以改善这种受力不平衡的情况，但仍然不够稳定。在更理想的负载控制技术出现之前，两叶片风力发电机的应用仍将受到限制。
两叶片风力涡轮机示意图| Youtube/DOB-学院工作室
三叶片风力发电机因其优化布局解决了平衡问题，但“重”也成为“痛点”之一。单个风力机叶片重达20吨，三片叶片组成的风轮重达60多吨。这实在是一件很沉重的事情。一旦地面基础出现质量问题，整个单元就可能倾覆、倒塌。
倒塌的风力涡轮机| YouTube/每日Top20
一些制造商将风力涡轮机分解成多个部件，并使用多个小叶片将其改造成四个头和十二个臂。 2016年，领先的风电公司维斯塔斯在丹麦技术大学安装了一台四转子风力涡轮机。该装置在安静运行两年后被彻底拆除。 。由于模型稀缺，相关数据极其宝贵，两家组织几乎从未向外界透露过任何数据。
四轮风力发电机|动力科技
没有刀片，但仍有电
这位疯狂的科学家不愿意接受平庸的刀片，所以他想出了“无刀片”的解决方案。传奇电气巨头尼古拉·特斯拉曾申请无叶片涡轮机专利，但由于缺乏合适的制造材料，最终未能成功。
特斯拉无叶片涡轮示意图| Homeconstructor.de
基于这一思想，人们研制出了蜗壳形状的无叶风力发电机。风带动内盘旋转，带动发电机发电。然而，这种类似“小猪佩奇”的风力发电机需要严格保证每个部件的加工制造精度，同时要求风与进风口对齐。如此恶劣的条件限制了它的发展。
无叶片风力涡轮机原型| endalldisease.com
为了利用来自四面八方的风，人们研制出了“倒喇叭”形状的无叶风力发电机。安装在衡水市的这台风力发电机可以全方位捕捉风能，充分利用微风。气流进入内部后，随着一路上缓慢收缩的管道，气流的速度逐渐增大，最后被推向最狭窄的地段。发电机来发电。
蓝线表示低气流，红线表示高气流|动力磁体
除了将风“骗”进自己体内发电之外，一些企业更进一步，回归到最简单的柱状结构，推出了“如意金箍棒”——旋涡无刃。
无叶片涡旋振动器|无叶涡流
它利用了“卡门涡街”现象：当空气流过时，会产生“涡流”，诱发立柱往复振动。简单来说，当柱子晃动时，就会发出电流。但这种模式的效率极其有限，而且长期振动会加剧材料的磨损。目前不具备商业应用价值。
无叶片涡旋振动器原理|Vortexbladeless
同样利用“涡流脱落效应”的还有另一种无叶片风力涡轮机“Saphonian Bladeless”。与“金箍棒”风力发电机相比，“萨菲尼亚”顶部安装了活动盘和尾舵（直立的梯形板）。
“萨菲尼娅”| endalldisease.com
垂直轴风力发电机的未来
2016年，冰岛国家音乐中心附近的风力发电公交车站投入运营。公交车亭上方的奇形怪状的垂直轴风力发电机为照明和电子产品提供动力。该机组不仅能适应低风速环境（2米/秒），而且在飓风级别的冷风（50米/秒以上）下也能正常工作。
冰岛垂直轴风力发电机|设计邦
垂直轴风力涡轮机的旋转轴线垂直于气流方向，并且通常垂直于地平面。传统的水平轴风力发电机需要面对强风，而垂直轴风力发电机则可以向任何方向的风敞开，接受所有的风。
垂直轴发电机的结构能力也大大增强，使其能够应对更强的风力。这些特性使得垂直轴发电机在浩瀚的海洋中焕发出勃勃生机。
有趣的新型风力涡轮机
荷兰建筑师设计的“EWICON”是一个静态网。矩形钢架的外网内放置多根水平绝缘管。每根绝缘管上都密布着喷嘴，通过电极产生电力。带电的水雾，风吹动水雾形成电流，从而产生电能。
电影《大英雄6》中，有很多摩托艇发电机漂浮在天空中，为城市提供电力。事实上，这项技术已经在现实生活中得到了应用。高空平均风速远大于地面，风速波动更稳定。不少企业把目光投向了潜在价值巨大的高空风电，打造了商业化的“摩托艇发电机”。
逼真的高空发电机|一切都是充气的
为了使整体结构更加轻便，“风筝风力机”应运而生。
高空风筝风力发电机|雾鸟
尽管这些“充满想象力”的风力发电机看起来很漂亮，但如何高效、稳定地传输电力仍然是一个大问题，阻碍了更大规模的应用。
如今，成熟的三叶片风力发电机技术已投入大规模使用，但科学家们仍在探索新型发电机。奇怪的外表只是表面现象。无限接近风能利用极限是风能研究永恒的目标。这些艺术表面下的终极追求，正是科学家的浪漫所在。
参考
[1]在风中摇曳：无叶片的飞机...-欧盟委员会研究与创新信息中心(europa.eu)
[2]VortexBladeless官网。
[3]没有刀片！杆状风力涡轮机“Vortex Bladeless”通过振动发电。
[4]Invelox风力涡轮机，它有用吗？-betterworldsolutions.eu
[5]Alphabet 关闭能源风筝部门 - The Verge
[6] Watson, S.、Moro, A.、Reis, V.、Baniotopoulos, C.、Barth, S.、Bartoli, G.、... & Croce, A. (2019)。风电领域的未来新兴技术：欧洲视角。可再生和可持续能源评论，113, 109270。
[7]衡水INVELOX风力发电机在泾县广川开工
